几个周期的概念
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自振周期T:结构按某一振型完成一次自由振动所需的时间,是结构本身的动力特性,仅与结构的质量m、刚度系数k有关。
基本周期T1:是指结构按基本振型完成一次自由振动所需的时间。
基本振型:单质点体系在谐波的作用下的振型称为基本振型:任一地震波都可以分解为若干谐波的叠加,多质点体系按振型分解法计算地震作用时,可以简化为具有基本振型的等效单质点体系进行分析。而对建筑结构而言,有时又称为主振型,一般是指每个主轴方向以平动为主的第一振型。
高阶振型:相对于低阶振型而言。一般来说,低阶振型对结构振动的影响要大于高阶振型的影响。对一般较规则的建筑物,选择的振型个数可以取其地震作用计算时的质点数(大多数情况下为楼层数),若质点数较多时,根据计算结果可以只取前几个振型(即低阶振型)进行叠加。
特征周期Tg:即建筑场地自身的周期,是建筑物场地的地震动参数,在地震影响系数曲线中,水平段与下降段交点的横坐标,反映了地震震级,震源机制(包括震源深度)、震中距等地震本身方面的影响,同时也反映了场地的特性;如软弱土层的厚度,类型等场地类别等。
在抗震设计规范中,设计特征周期Tg与场地类别有关:场地类别越高(场地越软),Tg越大;地震震级越大、震中距离越远,Tg越大。Tg越大,地震影响系数α的平台越宽,对于高层建筑或大跨度结构,基本周期较大,计算的地震作用越大。
场地卓越周期Ts:地震波在某场地土中传播时,由于不同性质界面多次反射的结果,某一周期的地震波强度得到增强,而其余周期的地震波则被削弱。这一被加强的地震波的周期称为该场地土的卓越周期。场地卓越周期只反映场地的固有特征,不等同于设计特征周期。其由场地的覆盖土层厚度和土层剪切波速计算求的。
场地脉动周期Tm:应用微震对场地的脉动、又称为“常时微动”进行观测所得到的振动周期。测试应在环境十分安静的情况下进行,场地的震动类似人体的脉搏,所以称为“脉动”。场地脉动周期反映了微震动情况下场地的动力特征,与强地震作用下场地的动力特性既有关联,又不完全相同。
场地卓越周期、特征周期对建筑物的影响
自振周期避开特征周期可以减小地震作用。当结构的自振周期超过设计特征周期时,地震作用就会随其自振周期的增大而减小。当结构的自振周期小于0.1s时,地震作用会随其自振周期的增大而急剧增大。实际的建筑结构的自振周期大都会大于设计特征周期,但一般不大于6.0s。
自振周期与场地的卓越周期相等或接近时地震时可能发生共振
,震害比较严重,反之震害就小,国内外根据震害研究表明,在大地震时,由于土壤发生大变形或液化,土的应力——应变关系为非线性,导致土层剪切波速Vs发生变化。因此,在同一地点,地震时场地的卓越周期将因震级大小、震源机制、震中距离的变化而变化。
如果仅从数值上比较,场地脉动周期Tm最短,卓越周期Ts其次,特征周期Tg最长